Проводка датчиків DS18B20: як зібрати шину на A6 і A16

Написано для прошивки 0.2.232 (коміт fa45ad8) · порталу 0.0.308Можливо, застаріло: поточний портал 0.0.312

Термометри на апараті найчастіше збирають так, як зручно протягнути дріт: усі на одну колодку, кожен своїм кабелем, хвости змотані в бухту. Перший запуск проходить, а через тиждень датчики починають пропадати по черзі. А одного дня зникають усі разом, і прошивка гасить ТЕНи посеред відбору. Ця стаття — як зібрати шину одразу так, щоб цього не було. Кабель і з'єднання крок за кроком, скільки датчиків вішати на один роз'єм, як розкласти їх по роз'ємах A6 і A16, і як після монтажу перевірити за журналом, що шина чиста.

Чому погана проводка губить показання (зірка, відбиття, підтяжка, завади від частотника), розібрано в статті Проводка датчиків DS18B20: чому зникають показання. Якщо в тебе стартовий комплект на литих роз'ємах M12, там усе вже зібрано так, як тут описано, — див. Термометри стартового комплекту.

Скільки датчиків на один роз'єм#

Кожен роз'єм 1-Wire на платі — окрема шина: своя ніжка ESP32, своя підтяжка 4.7 кОм до 3.3 В і свій послідовний резистор 100 Ом (аркуш Sensors принципової схеми). Прошивка веде всі шини одночасно і кожну окремо.

Шина 0 — не перший роз'єм, а IO-2 на A6 і HT2 на A16. Чому так історично склалося, пояснено в статтях про шини A6 і шини A16. У Периферії біля кожного датчика видно номер його шини — звіряй по ньому, а не по цифрі на платі.

Прошивка тримає до 8 датчиків на шині (MAX_SENSORS у коді менеджера DS18B20). Це межа таблиці, а не рекомендація. На практиці на апараті тримай 3–4 датчики на роз'єм, і ось чому:

• обрив чи замикання магістралі гасить усю шину: що менше на ній датчиків, то менше втрачаєш одним пошкодженим кабелем;
• кожен датчик — ще один відвід, ще одне відбиття на лінії й ще одна пайка, яка може відійти;
• кабель коротший, коли шина обслуговує одну зону апарата, а не обходить його весь.

Ділити на роз'єми варто, щойно датчики стоять у різних зонах (куб внизу, колона вгорі, охолодження збоку) або щойно серед них є такі, без яких процес не можна вести. Про це — розкладки нижче.

Крок за кроком: від колодки до гільзи#

1. Кабель: три жили, вита пара#

Кожен датчик живиться окремою жилою: VDD на 3V (A6) чи 3.3V (A16), DATA і GND. Дводротове «паразитне» живлення прошивка не підтримує.

Магістраль — вита пара FTP 5e. Правило просте: біла жила кожної пари — GND, кольорова — живлення або сигнал. Тоді DATA скручена з GND по всій довжині, і наведення від ТЕНів і частотника приходить на обидві жили однаково та гаситься. Так само скручене з GND живлення. Червоної жили у витій парі немає, тож плюс — на оранжевому: його найлегше впізнати як живлення, а сигнали — на синьому, зеленому й коричневому.

Кольори зонда в таблиці — найчастіші (червоний VDD, чорний GND, жовтий DATA). Буває й інакше, тож звір з описом продавця.

• Білі — не екран. Біла жила працює як зворотний провід своєї пари, а екран — це фольга з голим дренажним дротом.
• Запасні пари краще лишити цілими. Біло-зелений і біло-коричневий теж можна посадити на GND, шкоди не буде, але на клемі GND і так збираються білі всіх кабелів. Ціла запасна пара замінить будь-яку обірвану жилу, і DATA теж.
• Кілька жил в одну клему — однією гільзою. На GND і 3V сходяться жили всіх кабелів. Скрути їх і обтисни однією гільзою НШВИ під сумарний переріз (жила FTP 5e — близько 0.2 мм²). На A6 з двома кабелями: чотири білі — гільза 1 мм², два оранжеві — 0.5 мм². На A16 з трьома: шість білих — 1.5 мм², три оранжеві — 0.75 мм².

Дві-три шини одним кабелем. Від щита до апарата шини можуть іти одним FTP, а розійтися вже в коробці біля апарата. Кожна шина — на своїй парі, живлення спільне:

Дві шини на A6 одним кабелем:

Три шини на A16 одним кабелем:

Від коробки кожен кабель розкладений як звичайно: оранжевий — плюс, синій — DATA, білі — GND. Тож датчики й пайка біля гільз однакові в обох варіантах.

Дві DATA в одну пару не клади: скручені разом жили наводять одна на одну найсильніше, і шини почнуть чути одна одну. У коробці розгалуження пари DATA розходяться кожна у свій кабель, усі білі з'єднуються на GND, оранжевий — з оранжевими обох чи трьох кабелів, екран продовжується далі й на GND лишається лише біля плати. Ціна — спільний шматок: переб'єш його, і ляжуть усі шини разом. Тож клади його в гофру й подалі від силових кабелів, а для захисних датчиків надійніше окремий кабель від самого щита (що ставити окремо).

• Переріз не важить: жили 0.5 мм (24 AWG) вистачає з великим запасом, бо датчик бере до 1.5 мА під час вимірювання (даташит DS18B20). На 3–4 м просідання напруги на жилі — соті частки вольта.
• Біля куба — силікон. ПВХ на гарячій стінці дубіє й тріскається.

Як це виглядає на самій платі, показано на світлинах у розкладках нижче.

2. Магістраль 3–4 м: один кабель уздовж зони#

Магістраль іде від колодки до першого датчика, від нього до другого, і так до останнього. Останній датчик і є кінець шини: далі нічого не тягнеться, запасний шматок кабелю «на потім» за ним не лишається, бо це теж відвід.

• Маршрут — уздовж апарата, по зоні, яку обслуговує шина: колона знизу вгору, охолодження вздовж водяної лінії.
• Окремо від силових кабелів ТЕНів і особливо від кабелю частотник — двигун. Перетинати — лише навхрест.
• Для 3–4 м додаткова підтяжка не потрібна: 4.7 кОм на платі розраховані на кабель у кілька метрів. Ставити другий резистор має сенс лише на кабелі понад 10 м (підтяжка).
• Резистори на кожному датчику не ставити. Модулі з уже впаяним резистором (маркування 472) на шину не беремо.

3. Відвід до гільзи: до 30 см#

Відвід — шматок від магістралі до датчика. Що коротший, то слабше відбиття. Тримай до 30 см; біля куба — до 50 см силіконового, щоб з'єднання висіло подалі від гарячої стінки.

Зонд DS18B20 продається з метровим кабелем. Вкорочуй його, а не змотуй: бухта електрично не коротшає, сигнал так само біжить метр до кінця й назад. Три-чотири метрові хвости на одній шині — це вже майже зірка.

4. Гільза й герметизація#

• Гільза 1/2″ з глухим дном, зонд заходить до дна. Щоб показ відгукувався швидше, у гільзу можна покласти краплю термопасти.
• Вхід кабелю в гільзу закрий термоусадкою з клеєм або силіконовим герметиком: конденсат, що збігає по кабелю, інакше потрапляє в гільзу.
• Кабель від гільзи веди вниз петлею, щоб крапля стікала з петлі, а не всередину.

5. З'єднання: пайка й термоусадка#

На апараті все трясеться (мішалка, насос) і гріється, тому:

• з'єднання відводу з магістраллю — пайка, кожна жила під свою тонку термоусадку, зверху спільна товста з клеєм;
• скрутка під ізострічкою — ні: окислюється й відходить саме тоді, коли апарат гарячий;
• гвинтовий клемник — лише в коробці й лише з обтискною гільзою НШВИ на кінці жили. Голий багатодротовий кінець під гвинтом розповзається від вібрації, і контакт то є, то нема;
• роз'єм замість пайки — якщо датчик треба знімати: литий M12 A-code з трійником біля гільзи, як у стартовому комплекті.

6. Маркування#

Прошивка впізнає датчик за адресою, а не за місцем. Тож поки датчики ще не перемішались:

1. вмикай датчики по одному: підключив, проскануй шину в Периферії, дай датчику назву за місцем («Верх колони», «Куб»);
2. на кабель біля гільзи — бирка з назвою й останніми чотирма знаками адреси, наприклад КУБ · 3A7F;
3. на магістраль біля колодки — бирка з роз'ємом: IO-1, HT3.

Переставити датчик у межах своєї шини можна, прошивка знайде його за адресою. Переставити на іншу шину — ні, там вона його не шукає: доведеться заново прив'язати в Периферії.

Що ставити окремо: критичні й захисні датчики#

Розкладка по роз'ємах вирішує, що станеться, коли один кабель усе ж пошкодиться. Датчик без вдалого читання довше 15 с прошивка вважає таким, що даних нема (RB_SENSOR_STALE_S), і блокування, прив'язане до нього, тримає вимкненими ТЕНи. Якщо на одній шині сидить усе, то обрив магістралі зупиняє і процес, і захист одночасно.

Три правила розкладки:

• Верх колони й куб — на різних шинах. Верх веде відбір, куб каже про кінець прогону й захищає нагрів. Обрив одного кабелю не має гасити обидва.
• Захисні датчики — не на шині з колоною. Вода на виході з дефлегматора, ТСА, парогенератор — окремо від датчиків, що ведуть відбір. Тоді пошкоджений кабель колони зупинить відбір, але апарат лишиться під захистом.
• Одна шина — одна зона. Колона знизу вгору одним кабелем, охолодження — іншим. Так магістраль коротка, а бирка на роз'ємі одразу каже, куди йти.

Розкладка: куб, колона, дефлегматор#

KC868-A6: дві шини#

Те саме на світлині плати, з кольорами жил:

Обірвався кабель колони — відбір зупиняється, але куб, вода й ТСА живі, і захист працює. Обірвався кабель куба — ТЕНи, прив'язані до куба, вимикаються самі. Розкладка така сама, як у стартовому комплекті: IO-1 — верх, IO-2 — низ.

KC868-A16: три шини#

Те саме на світлині плати, з кольорами жил:

Третій роз'єм дозволяє розвести всі три зони: колона, куб і охолодження не залежать одне від одного. Куб на окремому кабелі — найкоротша й найнадійніша шина апарата.

Розкладка: парогенератор і колона НБК#

На НБК критичних точок дві: парогенератор (захист нагріву) і верх колони (за ним ведеться подача браги й потужність). Їх і розводимо по різних роз'ємах.

Схеми ті самі, що вище: на A6 замість царги й верху — низ і верх колони НБК, замість куба — парогенератор. Парогенератор біля ТЕНів гарячий, тож відвід до нього — силіконовий, як у куба.

Перевірка після монтажу#

Короткий збій у секунду-дві на картці датчика не видно: «нема даних» з'являється лише після 15 с без вдалого читання. Тому перевіряють не картку, а журнал.

1. Прожени апарат під навантаженням хоча б 30 хв: ТЕНи гріють, мішалка чи насос працюють, частотник крутить. Завади з'являються саме тоді.

2. Відкрий Налаштування → Логи. Раз на 10 хв прошивка пише підсумок лише по датчиках, у яких були збої:

   sensor 0x…: 37 of 600 reads failed (no answer 5, CRC 31, bad data 1)
   

   Рядка про датчик немає — за 10 хв у нього не було жодного збою. Це і є чиста шина.

3. Порахуй частку: невдалі читання поділити на всі. У прикладі вище 37 із 600 — це 6 %.

Кожне «невдале читання» в цьому рядку — вже після трьох спроб у тому самому проході: прошивка сама перечитує датчик, перш ніж записати збій. Тож навіть кілька відсотків у журналі означають, що лінія погана по-справжньому.

Це наші орієнтири, а не цифри з даташиту. На стенді з коротким кабелем збоїв нуль, і на зібраній за цією статтею шині має бути так само.

Що міняти, підкаже, якого лічильника більше:

Із 0.2.224 поодинокі хибні 0 °C і 85 °C до скриптів не доходять: справжнє таке значення прошивка приймає, лише коли воно повториться наступним читанням. Повний порядок пошуку несправності — у статті чому зникають показання.

Як це виглядає в житті#

Апарат «парогенератор + колона НБК», п'ять термометрів на одній шині, серед них верх колони. Чотири дні журналу:

Що з цього читається:

• CRC на всіх датчиках разом — не датчики, а лінія: топологія, довгі відводи чи силовий кабель поруч. Міняти датчики марно.
• Зникає вся шина — магістраль або клема на колодці. А що всі п'ять на одній шині, кожен такий обрив гасить усі п'ять разом, і верх колони теж.
• Датчик зник після перенесення — контакт у його відводі: пайка, клема чи жила, перетерта при перекладанні. Решта шини живі, тож це no answer саме в його відводі.

Що зробити на такому апараті: розвести на два роз'єми за таблицею для НБК (парогенератор окремо від колони), магістраль — витою парою подалі від силових, відводи вкоротити до 30 см, верх колони перепаяти. Після цього — 30 хв під навантаженням і журнал.

Суміжні статті#

• Проводка датчиків DS18B20: чому зникають показання — механізм збоїв, симптоми й повний порядок пошуку.
• Термометри стартового комплекту — та сама шина на литих роз'ємах M12 із трійниками й розпіновкою.
• Шини й роз'єми KC868-A6 і Шини й мережа KC868-A16 — колодка датчиків і номери шин у прошивці.
• Підключення до колодки DA/IO — куди яка жила й екран на самій колодці A6.